Домашняя энергетическая гибкость

Тепловые насосы как источник энергетической гибкости

Published in

Internet of Energy

5 min readFeb 11, 2022

Энергетическая гибкость — ключевое свойство для любой энергосистемы, которая стремится к достижению углеродной нейтральности. По крайней мере, так считают в Великобритании, где летом прошлого года BEIS и Ofgem опубликовали План развития интеллектуальных энергосистем и энергетической гибкости, отвечающий за энергетическую составляющую реализации 10 пунктов плана Джонсона [1]. При его подготовке было проведено моделирование различных сценариев перехода к пост-углеродной энергетике Великобритании. Оно показало, что совокупная стоимость энергоснабжения для потребителей за 2020–2030 годы будет на £30–70 млрд меньше, если в энергосистеме при 40 ГВт ветрогенерации будет использоваться около 30 ГВт низко-углеродных источников гибкости [2]. Более того, рынок энергетической гибкости и технологических решений по ее управлению даст на горизонте 2050 года прибавку в £1,3 млрд в год к ВВП Великобритании и создаст не менее 10 тыс. новых рабочих мест.

Стоимость энергоснабжения всех потребителей в энергосистеме Великобритании в 2050 году в зависимости от развития управления гибкостью (моделирование), £ млрд. Источники: BEIS, Ofgem

Но где найти в таком количестве необходимые источники гибкости так, чтобы сохранить обещанный экономический эффект и не растратить его на инвестиции в инфраструктуру? Интересный вариант ответа на этот вопрос состоит в использовании тепловых насосов в качестве источников гибкости. Дело в том, что тепловые насосы, особенно оборудованные изолированными емкостями для хранения теплоносителя, представляют собой не только устройства для нагрева, но и накопители тепловой энергии, которые могут гибко изменять свою электрическую мощность, продолжая выполнять свою основную отопительную функцию. Возможность их использования в качестве источников энергетической гибкости будет отрабатываться в двух пилотных проектах, которые запускаются в настоящее время в Соединенном Королевстве.

Источники энергетической гибкости в энергосистеме Великобритании (моделирование), ГВт. Источники: BEIS, Ofgem

Проект Re-Heat стоимостью £5 млн организуют шотландские сетевые компании SP Energy Networks и Scottish & Southern Electricity Networks (SSEN), а также правительство Шотландии, которое вложило в него £1,3 млн в рамках Программы перехода к низко-углеродной инфраструктуре и еще £1,2 млн в рамках Программы энергетической эффективности жилых домов [3]. В проекте будет изучаться использование 150 тепловых насосов, установленных в шотландских домохозяйствах, для обеспечения гибкости энергосистемы. При успешной реализации проекта Re-Heat новые источники энергетической гибкости планируется подключить к платформе Беспристрастный рыночный посредник (NMF), которую SSEN совместно с ее разработчиком Opus One недавно апробировала в рамках пилотных проектов Transition и LEO [4].

Аналогичный проект под названием Equinox стоимостью £15,4 млн запускает с марта этого года консорциум во главе с Western Power Distribution (WPD), в который также входят компании SP Energy Networks, Passiv Systems, Octopus Energy, SERO Homes, Guidehouse, West Midlands Combined Authority и правительство Уэльса [5]. Пилот продлится до 2026 года и будет работать с предоставлением гибкости со стороны низко-углеродных отопительных систем. При этом до 2028 года WPD намерена установить у своих потребителей более 600 тыс. тепловых насосов [6]. Интересно обратить внимание, что уже сегодня эта компания закупает на территориях Мидлендса, Южного и Юго-Западного Уэльса 278 МВт энергетической гибкости у частных владельцев ее источников [7].

Тепловой насос Daikin, используемый в проекте Re-Heat. Источник: Daikin

С апреля этого года на установку тепловых насосов домохозяйства и малый бизнес в Великобритании получат правительственные гранты в размере £5 тыс. на заявителя в рамках Стратегии развития отопления зданий по Схеме улучшения отопления [8]. Всего на реализацию Схемы выделено £3,9 млн, еще £60 млн — на развитие технологий тепловых насосов [9]. Одним из направлений совершенствования этой давно известной технологии является повышение температуры входящего в дом потока теплоносителя до 60–80°С при сохранении энергетической эффективности насоса, чтобы он смог полноценно заменить газовый водонагреватель. Решение этой задачи недавно предложили компании Vattenfall и Feenstra [10].

“Высокотемпературный” тепловой насос. Источник: Vattenfall

В целом же у домохозяйств при управлении своей энергетической гибкостью есть возможность на 23% снижать пиковый спрос на мощности в энергосистеме — это показало исследование, проведенное на 25 тыс. домохозяйств в рамках проекта Crowdflex компаниями SSEN, National Grid ESO, Octopus Energy и Ohme [11].

Более комплексное изучение потребности Великобритании в энергетической гибкости для перехода к пост-углеродной энергетике и возможным источникам этой гибкости было проведено в прошлом году силами National Grid ESO и нашло отражение в Сценариях энергетического будущего, которые рассматривают разные варианты достижения углеродной нейтральности Соединенного Королевства к 2050 году. Сценарии рассматривают необходимость ввода от 30 до 90 ГВт солнечной и от 90 до 125 ГВт ветровой генерации, балансировка которой потребует следующих источников энергетической гибкости [12]:

Более 70 ГВт «гибких» электролизных мощностей по производству водорода;
От 20 до 40 ГВт накопителей энергии с временем разряда от 30 минут до 6 часов;
От 16 до 27 ГВт пропускной способности новых магистральных сетей;
Более 25 ГВт «умных» и V2G зарядных станций для электромобилей;
От 10 до 28 млн тепловых насосов с пиковым потреблением 40 ГВт и возможностью разгрузки до 22 ГВт (или водородных отопительных систем, которые ежегодно расходуют 190 ТВт·ч в виде водорода);
От 4 до 14 ГВт промышленного и коммерческого управляемого спроса на электроэнергию (DR).

Потребление различных видов энергии домохозяйствами Великобритании на отопление в 2020 и 2050 годах в зависимости от сценария развития энергетики, ТВт·ч в год. Источник: National Grid ESO

Согласно действующим планам британского правительства для декарбонизации теплоснабжения до 2028 года необходимо устанавливать по 600 тыс. новых тепловых насосов каждый год в дополнение к 30 тыс. уже используемых в Великобритании систем. Если пилотные проекты шотландских и английских сетевых компаний окажутся успешными, эти миллионы отопительных систем станут очень важным подспорьем для более дешевого и эффективного энергетического перехода.

Подготовлено IC ENERGYNET / Автор: Игорь Чаусов

Источники:

[1] https://www.gov.uk/government/publications/the-ten-point-plan-for-a-green-industrial-revolution

[2] https://www.gov.uk/government/publications/transitioning-to-a-net-zero-energy-system-smart-systems-and-flexibility-plan-2021

[3] http://news.ssen.co.uk/news/all-articles/2022/january/industry-first-trial-to-decarbonise-heat-launched-in-the-highlands/

[4] https://ssen-transition.com/our-project/what-is-a-neutral-market-facilitator-nmf/

[5] https://www.westernpower.co.uk/innovation/projects/equinox-equitable-novel-flexibility-exchange

[6] https://yourpowerfuture.westernpower.co.uk/downloads-view/42120

[7] https://www.current-news.co.uk/news/wpd-launches-tender-for-278mw-peak-flexibility-requirement

[8] https://www.ofgem.gov.uk/environmental-and-social-schemes/boiler-upgrade-scheme-bus

[9] https://www.current-news.co.uk/news/5k-heat-pump-grants-key-heat-and-buildings-strategy-commitment

[10] https://group.vattenfall.com/uk/newsroom/pressreleases/2022/vattenfall-launches-heat-pump-solution-to-replace-gas-boilers